3月24日，《科学》和《国家科学评论》杂志发表中国科学家研究成果，海洋之神8590vip遗传与发育生物学研究所谢旗团队与中国农业大学于菲菲团队、华中农业大学欧阳亦聃团队与海洋之神8590vip生物物理研究所、海洋之神8590vip东北地理与农业生态研究所、宁夏大学、扬州大学、北京大学现代农业研究院、山东大学和先正达集团中国十家科研单位及企业历时7年协同攻关，在耐盐碱作物高粱中发现了一个主效耐盐碱调控基因AT1，并揭示了作物耐盐碱的分子机制。在取得重大理论突破的基础上，合作团队在水稻、小麦、玉米和谷子中开展功能研究。研究表明，对该基因进行操纵，可显著提升高粱、水稻、小麦、玉米和谷子等对盐碱的耐受性，提高其产量和生物量。目前，全世界有6.18亿公顷盐碱地，若在其中20%的中低度盐碱地种植AT1及其同源基因改造的作物，预计每年将增产粮食约2.5亿吨。这一研究成果在改良盐碱地综合利用中具有重大应用前景，将极大地促进世界和我国粮食安全。

　　联合国粮农组织调查数据显示，截至2015年，全球有超过10亿公顷盐渍化土壤，其中pH值接近中性的盐化土壤约占40%，pH值较高的盐碱化土壤约占60%。在中国约有15亿亩盐碱地，约有5亿多亩有开发利用的潜力。研发适宜盐碱地种植的作物品种，一直是国际科学研究的前沿和重点。

　　目前，全球在植物耐盐机制的研究已较为成熟，但人们对植物耐碱机制的认识仍有很多不足。当土壤中的pH值上升到一定程度，植物将无法吸收各类元素，慢慢枯萎凋亡。

　　“常用的拟南芥等模式植物并不是起源于盐碱地，可能缺乏耐碱的遗传信息，导致相关研究未有突破。高粱起源于土壤盐碱度较高的非洲萨赫勒地区，较其他主粮作物对盐碱胁迫有更好的耐受性，可利用高粱高度丰富的耐碱性遗传资源挖掘优异耐盐碱基因。”谢旗领衔的科研团队与合作者独辟蹊径，从世界各地搜集高粱品种，通过全基因组大数据关联分析，发现了一个主效耐碱调控基因AT1。

　　为揭示AT1基因调控作物耐碱性的机制，谢旗与中科院生物物理所陈畅研究员、中科院遗传与发育生物学研究所汪迎春研究员合作，通过细胞生物学、生物化学等学科的研究，发现“水通道蛋白”的调控通路。

　　当植物细胞受到盐碱胁迫时，会发生氧化应激反应，产生过氧化氢。当过氧化氢达到一定浓度，就会对细胞产生毒害作用。作物细胞膜上的水通道蛋白PIP2s可以把过量的过氧化氢“泵”到细胞外，从而降低细胞内过氧化氢的浓度，防止细胞损伤。当AT1基因存在时，它控制编码的G蛋白γ亚基会抑制水通道蛋白PIP2s发挥功能所必需的磷酸化，致使过量过氧化氢不能及时有效“泵”出细胞。因此，改造该基因，可赋予植物较高的耐盐碱性。

　　“这是一个全新的通路，我们首次揭示了作物耐盐碱的分子机制。不仅在主要粮食作物水稻、小麦、玉米、谷子等作物得到验证，在动物细胞中也证实了有类似的调控机制。”陈畅说。

　　在取得重大理论突破后，合作团队对多种作物进行育种改良，开展大田试验。在宁夏回族自治区石嘴山市罗平县pH值达9.10的盐碱地，敲除AT1基因的高粱籽粒增产20.1%，全株生物量（青贮用）增加近30.5%，该基因修饰后的谷子增产19.5%。在吉林省白城市大安县pH值达9.17的盐碱地，敲除AT1同源基因的水稻、谷子和玉米年增产22.4%-27.8%。此外，对该基因改造后的玉米，在盐碱地的存活率也显著提升。

　　目前，水稻中已利用自然缺失的AT1/GS3基因培育了系列主栽品种。由建三江绿色超级稻院士工作站培育含改良GS3的“鸿香稻93”水稻品种，在黑龙江省的大田种植中表现出比其他主栽品种更好的盐碱耐受性，产量也有显著提高。由李家洋院士团队培育的含改良GS3基因“中科发5号”水稻品种，目前在东北地区广泛种植，也被证实有盐碱地栽培优势。

　　据了解，本次研究是面向我国农业生产的重大需求，从基础研究着手解决实际问题的典型案例，展现了科学研究机制的创新。

　　“把具备不同优势的科研人员组织起来，从基础研究到不同物种的应用，让我们看到一个新的研究组织形式，这是很值得学习的地方。”中国工程院院士、中国农业科学院作物科学研究所研究员万建民说。

　　中科院遗传与发育生物学研究所原所长陈受宜表示：“希望这一成果能在大豆、油菜等双子叶植物上得到进一步研究。”

　　“一个基因改变一个产业，意义非常重大。”中科院院士、中科院遗传与发育生物学研究研究员李家洋指出，“从基础研究，到发现原理，再到应用，大家互相合作，组成一个创新的链条。应用呼唤技术的合作，技术需要应用的出口，只有把两者真正组合到一起，相辅相成，科学进步才能更快，更好地服务国家重大经济社会问题。”

　　据了解，AT1基因的发现及应用研究得到中科院“种子精准设计与创造”战略A类先导专项和国家自然科学基金委/山东联合重点基金的支持。本次发布的成果是在先导专项中的“环境智能响应性状形成的分子基础”课题支持下产生的重大突破性成果。

（原载于《农民日报》 2023-03-24 第02版 综合新闻）